پایان نامه تحلیل کمانش نانو صفحات کامپوزیتی چند لایه گرفن قرار گرفته بر روی بستر الاستیک بوسیله ی تئوری غیر محلی و روش DQ

  • Code: # 32352

  • تعداد صفحات: 76
  • فرمت فایل: word
  • سال: مشخص نشده
  • مقطع: کارشناسی ارشد
  • دسته بندی: مهندسی مکانیک
قیمت جدید: ۳۵,۰۰۰ تومان
۶۵,۰۰۰ تومان
دانلود
  • خلاصه
  • فهرست
  • خلاصه پایان نامه تحلیل کمانش نانو صفحات کامپوزیتی چند لایه گرفن قرار گرفته بر روی بستر الاستیک بوسیله ی تئوری غیر محلی و روش DQ

    پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مکانیک

    گرایش طراحی کاربردی

    چکیده :

    کامپوزیت به دلیل استحکام بالا و وزن کم، در دهه های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.این گونه مواد می توانند به علت بارگذاری استاتیکی، ضربه، دینامیکی و ... تحت شکست قرار بگیرد که شکست های مختلف به وجود آمده باعث افت شدید استحکام در سازه­ گردند.همواره با پیشرفت علوم مختلف مهندسان به فکر استفاده از مواد مختلف در آن حوزه می افتند. در سال های اخیر با ظهور نانوتکنولوژی مهندسان  لزوم استفاده از مواد مختلف را  در این حوزه بیشتر احساس کردند. از این رو لازم است بر روی ترکیبات موجود در مقیاس نانو مثل نانو تیوپ های چندلایه، نانوتیرهای چندلایه ی گرفن، گرفن های چندلایه و نانوصفحات چندلایه تحقیقاتی انجام شود. در سال های اخیر تحقیقات زیادی بر روی نانوتیوپ های چندلایه انجام شده است ولی تحقیقات در زمینه ی نانوصفحات کامپوزیتی چندلایه محدود می باشد. در بررسی این نانو مواد در مقیاس نانو تئوری های مختلفی وجود دارد که یکی از این تئوری ها تئوری غیر محلی می باشد. در این تئوری با وارد شدن پارامتر اندازه می توان اثرات ابعاد کوچک در مقیاس نانو را بخوبی بیان کرد. در این پروژه قصد داریم کمانش نانوصفحه ی کامپوزیتی چندلایه ی گرفن را مورد بررسی قرار دهیم. صفحات گرفن را می توان به عنوان صفحات اورتوتروپ در نظر گرفت که خواص آنها در دو جهت طولی و عرضی متفاوت است. بدلیل اینکه معمولا نانوصفحه های گرفن در محیط های الاستیک یافت می شوند، نانوصفحه را بر روی بستر الستیک قرار داده ایم تا اثرات محیط الاستیک را لحاظ کنیم. بدلیل اینکه نانو صفحه ها معمولا در نسبت های طول به ضخامت کوچک استفاده می شوند و در این شرایط اثرات برشی با اهمیت می شوند به همین دلیل از تئوری مرتبه سوم برشی استفاده شده است تا بتوانیم این اثرات را به خوبی لحاظ کنیم. با استفاده از روش کارمجازی معادلات تعادل بدست می آیند که این معادلات تعادل به هم کوپل می باشند و با روش های تحلیلی نمی توان آن را حل کرد به همین منظور لازم است از یک روش عددی برای حل این معادلات بهره جست. یکی از روش های مفید در این زمینه روش مربعات تفاضلی می باشد که علاوه بر دقت بالا سرعت همگرایی بالایی نیز دارد. برای اینکه بتوانیم اثرات چرخش لایه ها و همچنین چینش آن ها را در تئوری غیرموضعی بررسی کنیم تحلیل های عددی مختلف انجام شده است. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف مانند ابعاد صفحه، ضخامت، ضریب بستر الاستیک و پارامتر غیرموضعی بر رفتار غیرمحلی نانوصفحه مورد بررسی قرار می گیرد.

     

    عبارات کلیدی:

    تئوری غیر محلی، تئوری مرتبه بالای برشی، اثرات اندازه، روش DQ

     

    1.فصل  اول: کلیات تحقیق

    1-1-مقدمه

    نانو تکنولوژی با مواد مختلف و کاربرد آنها در حوزهایی مانند مهندسی مواد، الکترونیک، کامپیوتر، حسگرها، عملگرها و ماشینها در مقیاس نانو سروکار دارد. اتم و ملکول ها به عنوان آجرهای ساختمانی مواد مهندسی و ابزار های الکترونیکی آینده به حساب می آیند. در مقیاس نانو، بسیاری از حوزه های علوم و تئوری ها با هم ادغام می شوند، زیرا مبنای آنها بر پایه ی اتم و ملکول استوار است. به بیان ساده تر موضوع نانوتکنولوژی، دانش و فناوری بکارگیری مستقیم یا غیر مستقیم اتم ها و ملکول ها در سازه هایی به منظور اجرای ماموریت های خاص می باشد. پیشوند نانو بیانگر یک واحد مقیاس طولی برابر  متر است که صدها تا هزاران بار کوچکتر از یک سلول زیستی ویا یک باکتری می باشد. در مقیاس نانو ابعاد سازه به 10 یا 100 اتم می رسد و پدیده های فیزیکی و شیمیایی کاملا جدیدی مشاهده می‏شود.به همین جهت یکی از جنبه های جالب و کارا، استفاده از الگوی اتمی مناسب با کارکرد خاص مورد نظر طراح و ساخت ماده ی بر مبنای خواست طراح می باشد. اولین اشاره به امکان علمی و فنی ساخت مواد جدید بر اساس چیدن اتم ها در کنار هم توسط فیزیکدان برنده ی جایزه ی نوبل، ریچارد فینمن[1] در سخنرانی اش با موضوع "بی نهایت فضا در  انتها" ارائه شد. وی در آن سخنرانی که دراجلاس جامعه ی فیزیکدانان آمریکا در 1959 انجام شد، بیان کرد که در صورتی که توانایی ما در مشاهده آنچه در ابعاد نانو انجام می دهیم و توانایی انجام کارها در مقیاس اتمی توسعه یابد، به مسائل شیمی و بیولوژی می توان کمک بزرگی کرد، توسعه ای که فکر می کنم اجتناب ناپذیر است. محصولات تولیدی عموما از ترکیب اتمی ساخته می شوند و خصوصیت هر یک بستگی به این دارد که اتم های آن چگونه در کنار هم چیده شده اند. اگر ما ترکیب اتم ها را در ذغال سنگ تغییر دهیم می توانیم الماس بسازیم. اگر ترکیب اتم ها را در شن عوض کنیم و اندکی هم از عناصر دیگر در آن استفاده کنیم می‏توانیم تراشه ی رایانه ای بسازیم. روش های تولید امروزی در مقیاس ملکولی در مراحل اولیه ی خود قرار دارند. قالب ریزی، آسیاب کردن، تراشکاری و حتی لیتوگرافی، اتم ها را در دسته های آماری بزرگ جابجا می کند. درست مثل اینکه بلوک های اسباب بازی کودکان را با دست کش های مشت زنی روی هم سوار کنیم. شما تنها میتوانید این بلوک ها را به تعداد زیاد این طرف و آن طرف ببرید و روی هم سوار کنید. اما قادر نخواهید بود آن ها را به هر شکل منظمی که می خواهید درآورید. در آینده، فناوری نانو اجازه خواهند داد که دستکش های مشت زنی را از دست هایمان خارج کنیم. ما قادر خواهیم بود بلوک های ساختمانی طبیعت (اتم ها و ملکول ها) را به صورت تک تک، و به راحتی و به ارزانی در دست گرفته و آن ها را تقریبا به هر شکلی که دوست داشته باشیم کنار هم بچینیم. این موضوع برای اینکه بتوانیم انقلاب در سخت افزار را در دهه ی بعد ادامه دهیم امری اساسی و اصولی به شمار می آید و این امکان را به وجود می آورد که نسل جدیدی از محصولاتی که تمیزتر، قویتر و دقیق تر هستند ساخته شوند. شایان ذکر است که این روزها ، لغت فناوری نو خیلی مورد توجه قرار گرفته است و برای بیان انواع کارهای تحقیقاتی که دارای خصوصیات ابعادی کمتر از یک نانو (یک میلیونیم میلی متر) باشند، بکار می روند.

  • فهرست پایان نامه تحلیل کمانش نانو صفحات کامپوزیتی چند لایه گرفن قرار گرفته بر روی بستر الاستیک بوسیله ی تئوری غیر محلی و روش DQ

    فهرست:

     

    چکیده : ...............................................................................................................................1

    1.  فصل  اول:کلیات تحقیق.. 2

    1-1-مقدمه.. ............................................................................................................................................2

    1-2-سیستم های میکرو/نانوالکترومکانیکی.. 4

    1-3-اهداف پژوهش و روند انجام پروژه. 5

    2.  فصل دوم :ادبیات تحقیق.. .....8

    2-1-مباحث نظری.. 8

    2-2-روش های مختلف مدلسازی در مقیاس های مختلف.... 8

    2-2-1- روش مدل سازی اتمی.. 8

    2-2-2- روش های چند مقیاسی.. 9

    2-2-3- روش اتمی پیوسته.. 9

    2-2-4- مکانیک کوانتومی.. 11

    2-2-5- دینامیک مولکولی.. 12

    2-2-6- روش مونت کارلو. 12

    2-2-7- دینامیک نابجایی.. 13

    2-2-8- روش مکانیک مولکولی.. 13

    2-2-9- تئوری های مرتبه بالای محیط پیوسته.. 14

    2-2-9-1-تئوری کسرات و نظریه تنش های تزویجی...................................................................................16 

    2-3-الاستیسیته ی غیرموضعی.. 18

    2-4-معرفی تئوری های ورق. 21

    2-5-تئوری کلاسیک ورق. 22

    2-6-تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول.. 23

    2-7-تئوری مرتبه سوم برشی.. 23

    2-8-ساختارهای نانو. 24

    2-9-نانولوله های کربنی را به پنج دسته می‌توان تقسیم کرد. 24

    2-10-محیط الاستیک.... 26

    2-11-پیشینه ی پژوهش.... 27

    2-12- جمع بندی فصل دوم  .................................................................................................................31

    3..... فصل سوم:روابط وفرمول ها 32

    3-1-مدلسازی نانو صفحه و ارائه راه حل عددی.. 32

    3-2-تئوری الاستیسیته ی غیرموضعی.. 32

    3-3-استخراج معادلات حرکت... 35

    3-4-حل تحلیلی.. 51

    3-5-حل عددی.. 52

    3-5-1- روش عددی GDQ... 52

    3-5-1-1 تعیین مختصات گره ها ......................................................................................................................55

    3-5-1-2 تعیین ضرایب وزنی ..............................................................................................56

    4.  فصل چهارم::شبیه سازی نتایج.. 59

    4-1-نتایج عددی.. 59

    4-2-صحت سنجی.. 61

    4-3-کمانش نانو صفحه.. 63

    4-3-1- تاثیر ابعاد صفحه بر نیروی کمانش.... 64

    4-3-2- تاثیر پارامتر ابعادی وشرایط مرزی بر روی نیروی کمانش.... 67

    4-4-تاثیر پارامتر ابعادی بر روی مودهای مختلف.... 68

    4-4-1- تاثیر مدول وینکلر بر نیروی کمانش.... 70

    4-4-2- بررسی اثر ضریب وینکلر بر روی مودهای مختلف.... 72

    4-5-تاثیر ضریب وینکلر بر نیروی کمانش برای طول های مختلف.... 73

    4-5-1- تاثیر ضریب برشی پسترناک بر روی نیروی کمانش.... 75

    4-5-2- تاثیر ضریب برشی پسترناک بر مودهای مختلف نیروی کمانشی.. 75

    5.  فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات.. 77

    5-1-پیشنهاد پژوهش های آتی.. 78

    6.  منابع. 80

    منبع:

    1. 

    [1].     Li, C. and T.-W. Chou, A structural mechanics approach for the analysis of carbon nanotubes. International Journal of Solids and Structures, 2003. 40(10): p. 2487-2499.

    [2].       Cosserat, E., et al., Théorie des corps déformables. 1909: A. Hermann Paris.

    [3].      Eringen, A.C., On the foundations of electroelastostatics. International Journal of Engineering Science, 1963. 1(1): p. 127-153.

    [4].      Eringen, A.C., Linear theory of micropolar viscoelasticity. International Journal of Engineering Science, 1967. 5(2): p. 191-204.

    [5].      Tauchert, T., W. Claus, and T. Ariman, The linear theory of micropolar thermoelasticity. International Journal of Engineering Science, 1968. 6(1): p. 37-47.

    [6].      Eringen, A.C., Screw dislocation in non-local elasticity. Journal of Physics D: Applied Physics, 1977. 10(5): p. 671.

    [7].      Eringen, A.C., Microcontinuum field theories: foundations and solids. Vol. 487. 1999: Springer New York.

    [8].      Mindlin, R. and H. Tiersten, Effects of couple-stresses in linear elasticity. Archive for Rational Mechanics and Analysis, 1962. 11(1): p. 415-448.

    [9].      Mindlin, R., Influence of couple-stresses on stress concentrations. Experimental Mechanics, 1963. 3(1): p. 1-7.

    [10].    Banks Jr, C.B. and M. Sokolowski, On certain two-dimensional applications of the couple stress theory. International Journal of Solids and Structures, 1968. 4(1): p. 15-29.

    [11].    Weitsman, Y., Couple-stress effects on stress concentration around a cylindrical inclusion in a field of uniaxial tension. Journal of Applied Mechanics, 1965. 32: p. 424.

    [12].    Murmu, T. and S. Pradhan, Buckling analysis of a single-walled carbon nanotube embedded in an elastic medium based on nonlocal elasticity and Timoshenko beam theory and using DQM. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2009. 41(7): p. 1232-1239.

    [13].    Xiang, Y., C. Wang, and S. Kitipornchai, Exact vibration solution for initially stressed Mindlin plates on Pasternak foundations. International journal of mechanical sciences, 1994. 36(4): p. 311-316.

    [14].    Liew, K., X. He, and S. Kitipornchai, Predicting nanovibration of multi-layered graphene sheets embedded in an elastic matrix. Acta Materialia, 2006. 54(16): p. 4229-4236.

    [15].    Bever, M. and P. Duwez, Gradients in composite materials. Materials Science and Engineering, 1972. 10: p. 1-8.

    [16].    Richly, W., Treatise on powder metallurgy, Vol. 4: Classified and annotated bibliography 1950–1960. Cl. G. Goetzel. Part. I: Literature Survey Interscience Publishers, J. Wiley & Sons, New York/London, 1963, 837 S., oa. 16× 24 cm, geb. sh. 300,—. Materials and Corrosion, 1964. 15(10): p. 883-883.

    [17].    Markworth, A.J. and J.H. Saunders, A model of structure optimization for a functionally graded material. Materials Letters, 1995. 22(1): p. 103-107.

    [18].    Gasik, M.M., Micromechanical modelling of functionally graded materials. Computational Materials Science, 1998. 13(1): p. 42-55.

    [19].    Grujicic, M. and Y. Zhang, Determination of effective elastic properties of functionally graded materials using Voronoi cell finite element method. Materials Science and Engineering: A, 1998. 251(1): p. 64-76.

    [20].    Aboudi, J., M.-J. Pindera, and S.M. Arnold, Higher-order theory for functionally graded materials. Composites Part B: Engineering, 1999. 30(8): p. 777-832.

    [21].    Fleck, N. and J. Hutchinson, A phenomenological theory for strain gradient effects in plasticity. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1993. 41(12): p. 1825-1857.

    [22].    Lam, D., et al., Experiments and theory in strain gradient elasticity. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2003. 51(8): p. 1477-1508.

    [23].    Kong, S., et al., Static and dynamic analysis of micro beams based on strain gradient elasticity theory. International Journal of Engineering Science, 2009. 47(4): p. 487-498.

    [24].    Wang, B., J. Zhao, and S. Zhou, A micro scale Timoshenko beam model based on strain gradient elasticity theory. European Journal of Mechanics-A/Solids, 2010. 29(4): p. 591-599.

    [25].    Sahmani, S. and R. Ansari, On the free vibration response of functionally graded higher-order shear deformable microplates based on the strain gradient elasticity theory. Composite Structures, 2012.

    [26].    Hu, Y.-G., et al., Nonlocal shell model for elastic wave propagation in single-and double-walled carbon nanotubes. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2008. 56(12): p. 3475-3485.

    [27].    Peddieson, J., G.R. Buchanan, and R.P. McNitt, Application of nonlocal continuum models to nanotechnology. International Journal of Engineering Science, 2003. 41(3): p. 305-312.

    [28].    Aydogdu, M., A general nonlocal beam theory: its application to nanobeam bending, buckling and vibration. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2009. 41(9): p. 1651-1655.

    [29].    Civalek, Ö. and Ç. Demir, Bending analysis of microtubules using nonlocal Euler–Bernoulli beam theory. Applied Mathematical Modelling, 2011. 35(5): p. 2053-2067.

    [30].    Reddy, J., Nonlocal theories for bending, buckling and vibration of beams. International Journal of Engineering Science, 2007. 45(2): p. 288-307.

    [31].    Reddy, J. and S. Pang, Nonlocal continuum theories of beams for the analysis of carbon nanotubes. Journal of Applied Physics, 2008. 103(2): p. 023511-023511-16.

    [32].    Reddy, J., Nonlocal nonlinear formulations for bending of classical and shear deformation theories of beams and plates. International Journal of Engineering Science, 2010. 48(11): p. 1507-1518.

    [33].    Roque, C., A. Ferreira, and J. Reddy, Analysis of Timoshenko nanobeams with a nonlocal formulation and meshless method. International Journal of Engineering Science, 2011. 49(9): p. 976-984.

    [34].    Wang, Q. and K. Liew, Application of nonlocal continuum mechanics to static analysis of micro-and nano-structures. Physics Letters A, 2007. 363(3): p. 236-242.

    [35].    Xia, Y. and P. Yang, Guest editorial: chemistry and physics of nanowires. Advanced Materials, 2003. 15(5): p. 351-352.

    [36].    Pradhan, S. and T. Murmu, Small scale effect on the buckling of single-layered graphene sheets under biaxial compression via nonlocal continuum mechanics. Computational Materials Science, 2009. 47(1): p. 268-274.

    [37].    Farajpour, A., et al., Buckling of orthotropic micro/nanoscale plates under linearly varying in-plane load via nonlocal continuum mechanics. Composite Structures, 2012. 94(5): p. 1605-1615.

    [38].    Assadi, A. and B. Farshi, Stability analysis of graphene based laminated composite sheets under non-uniform inplane loading by nonlocal elasticity. Applied Mathematical Modelling, 2011. 35(9): p. 4541-4549.

    [39].    Pradhan, S., Buckling analysis and small scale effect of biaxially compressed graphene sheets using non-local elasticity theory. Sadhana, 2012. 37(4): p. 461-480.

    [40].    Samaei, A., S. Abbasion, and M. Mirsayar, Buckling analysis of a single-layer graphene sheet embedded in an elastic medium based on nonlocal Mindlin plate theory. Mechanics Research Communications, 2011. 38(7): p. 481-485.

    [41].    Farajpour, A., M. Danesh, and M. Mohammadi, Buckling analysis of variable thickness nanoplates using nonlocal continuum mechanics. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2011. 44(3): p. 719-727.

    [42].    Wang, K. and B. Wang, Vibration of nanoscale plates with surface energy via nonlocal elasticity. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2011. 44(2): p. 448-453.

    [43].    Aghababaei, R. and J. Reddy, Nonlocal third-order shear deformation plate theory with application to bending and vibration of plates. Journal of Sound and Vibration, 2009. 326(1): p. 277-289.

    [44].    Jung, W.-Y. and S.-C. Han, Analysis of Sigmoid Functionally Graded Material (S-FGM) Nanoscale Plates Using the Nonlocal Elasticity Theory. Mathematical Problems in Engineering, 2013. 2013.

    [45].    Chen, Y., J.D. Lee, and A. Eskandarian, Atomistic viewpoint of the applicability of microcontinuum theories. International journal of solids and structures, 2004. 41(8): p. 2085-2097.

    [46]     Pradhan, S. and T. Murmu, Small scale effect on the buckling of single-layered graphene [46].      Bellman, R., B. Kashef, and J. Casti, Differential quadrature: a technique for the rapid solution of nonlinear partial differential equations. Journal of Computational Physics, 1972. 10(1): p. 40-52.

    [47].    Shu, C., Differential Quadrature: And Its Application in Engineering. 2000: Springer.

    [48].    Wu, T. and G. Liu, A differential quadrature as a numerical method to solve differential equations. Computational Mechanics, 1999. 24(3): p. 197-205.

    [49].    Bert, C.W., S.K. Jang, and A.G. Striz, Two new approximate methods for analyzing free vibration of structural components. AIAA journal, 1988. 26(5): p. 612-618.

    [50].    Wang, X. and C. Bert, A new approach in applying differential quadrature to static and free vibrational analyses of beams and plates. Journal of Sound and Vibration, 1993. 162(3): p. 566-572.

    [51].    Shu, C. and H. Du, Implementation of clamped and simply supported boundary conditions in the GDQ free vibration analysis of beams and plates. International Journal of Solids and Structures, 1997. 34(7): p. 819-835.

    [52].    Shu, C. and H. Du, A generalized approach for implementing general boundary conditions in the GDQ free vibration analysis of plates. International Journal of Solids and Structures, 1997. 34(7): p. 837-846.

    [53].    Quan, J. and C. Chang, New insights in solving distributed system equations by the quadrature method—I. Analysis. Computers & chemical engineering, 1989. 13(7): p. 779-788.

    [54].    Natarajan, S., et al., Size-dependent free flexural vibration behavior of functionally graded nanoplates. Computational Materials Science, 2012. 65: p. 74-80.

    [55]. Li, C. and T.-W. Chou, Modeling of elastic buckling of carbon nanotubes by molecular structural mechanics approach. Mechanics of Materials, 2004. 36(11): p. 1047-1055.

  • ثبت سفارش
    عنوان محصول
    قیمت